矿用无轨胶轮车电气控制装置设计
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无轨胶轮车需要一套电气控制装置来驱动并控制车上的电气设备。这些电气设备一般可分为电启动设备、信号照明设备、声光报警设备、辅助电气设备等。电启动设备主要有启动电机，信号照明设备主要有倒车灯、刹车灯、左右转向灯、远近光灯、预热、信号灯等，声光报警设备主要有倒车声光报警器、电喇叭等，辅助电气设备主要有喷水、雨刮、暖风、等[3]。一辆完整的无轨胶轮车还需配备电源、电子仪表等电气设备，电源供电、仪表是显示参数，不属于本文讨论的控制范畴，所以暂不做讨论。为了实现防爆无轨胶轮车电气设备的控制，需要做如下几个方面的设计。（1）控制信号采集。各个电气设备都需要根据对应的控制信号实现动作，控制信号主要来源于对驾驶员动作的检测以及液压回路压力的检测，产生一系列的控制信号命令。（2）信号处理及开出控制。通过单片机处理采集到的控制信号，映射到继电器开出，通过继电器开出控制相应的电气设备工作。（3）电启动控制车辆的的启动电机在启动时所需的电流较大，所以需要设计独立的电启动控制箱，实现车辆电机的正常启动。
2电气控制装置设计
2.1电气控制装置总体规划
根据前文分析，整个装置主要由信号采集、信号处理及开出控制、电启动控制等组成。驾驶员通过手柄式组合开关产生一系列控制信号，通过CAN总线传输给控制箱；液压回路的压力开关采集的控制信号通过开关量信号传输给控制箱；控制箱通过继电器输出控制相应的电气设备工作，启动信号由手柄式组合开关发出的CAN命令，经过控制箱继电器给出启动信号，再由电启动箱控制启动电机。
2.2控制信号采集的实现
控制信号采集主要有两类，一类是驾驶员的直接动作命令，如拨动左右转向灯等；另一类是液压回路的开关量信号，如制动压力、倒车开关等。驾驶员的直接动作命令通过“手柄式组合开关”采集触点，在其内部放置采集电路板，利用单片机分析动作触点并发出不同的CAN总线信号。液压回路的开关量信号则采用“压力开关传感器”采集，根据不同车型的液压回路的压力点，来定制压力开关传感器的动作点，传感器输出开关量信号。
2.3采集信号处理及开出控制的实现
采集的两类信号，无论是“CAN总线信号”还是“开关量信号”都传输至控制箱，控制箱由信号处理及继电器开出控制两部分组成，CPU板处理输入信号，控制相应的继电器动作，实现开出控制，每一个继电器开出对应一个电气设备。根据车载电气设备工作时所需的功耗，选择继电器的输出节点容量为DC24V/5A，而控制箱内有多个继电器输出，根据防爆要求，当总功率超过250W时，需分腔设计[4]。
2.4电启动控制的实现
有相当一部分胶轮车采用电启动方式启车，如防爆皮卡车和指挥车等，启动电机的功率主要有2.8kW、3.7kW、5.5kW以及7kW等，使用最多的是5.5kW的启动电机。启动电机为3线制，其中2线为电源线，工作时最大冲击电流可达到300A左右，另一根线作为启动电机的控制线，工作时电流约5A左右。电启动箱控制启动电机的工作原理如图3所示。当手柄式组合开关接通“ON”档，K1继电器得电动作，启动电机有电；当手柄式组合开关接通“START”档，K2继电器得电动作，启动电机，进而启车。根据启动电机的工作特性，选择相应的继电器，其中一路继电器输出接点容量为DC24V/300A，另一路继电器输出接点容量为DC24V/5A[5]。电启动箱工作时的总功率超过250W，所以也必须分腔设计。
3实例应用
在江阴某公司的皮卡车上，我们设计了这样一套电气控制装置：驾驶员拨动手柄给出控制信号接入控制箱，刹车压力开关采集刹车信号接入控制箱；控制箱连接车载电气设备，包括左右转向灯、远近光、倒车灯、刹车灯、倒车灯、倒车声光报警器、断油阀、断气阀、喇叭、喷水、雨刮、暖风等，由于此皮卡车所需控制电气设备较多，故本装置采用了2台控制箱级联的方式，分别控制不同的电气设备，通过CAN通信线实现级联，用主令开关同时控制2台控制箱的供电；电启动箱根据控制箱给出的通电控制触点和启动控制触点信号，控制启动电机；整车系统由皮卡车已经装配的电池箱及调节器供电，车启动后调节器对电池箱充电。此皮卡车已装配成功，此套胶轮车电气控制装置应用到了实际。
4结束语
从矿用无轨胶轮车应用的实际情况出发，在分析无轨胶轮车车载电气设备的基础上，结合煤矿车载设备应用环境，设计了矿用无轨胶轮车电气控制装置。该装置能实现无轨胶轮车的电启动设备、信号照明设备、声光报警设备、辅助电气设备等的控制。装置中的手柄式组合开关相比于隔爆开关大大节省了安装空间，并且美观实用。装置中的控制箱可增减配置，对于开出控制数量较多的无轨胶轮车，可用多个控制箱级联使用。装置中电启动箱由于控制启动电机时功率较大而单独设计。目前，该无轨胶轮车电气控制装置已在防爆皮卡车、指挥车等无轨胶轮车上使用，装置运行稳定可靠，解决了矿用无轨胶轮车整车电气控制的难题。
作者：吕小强 程刘胜 张吉祥 单位：天地（常州）自动化股份有限公司